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研究性学习文章 自来水与纯净水,

   组员： 蒋蔚  任奕韬  刘肖  陈恺  刘丁铭  陈晓沐        指导教师：郭云

 

生命之源

我们住在这颗蔚蓝色的星球上，它之所以蔚蓝，不是因为它涂上了蓝油漆；也不是因为大气中光的散射作用使它拥有这美丽的颜色，而是因为它三分之二的表面被海洋覆盖。海洋的组成是万物的生命之源——水。

我们用化学方法为水下个定义：由氢元素和氧元素组成的化合物。然而这种特殊物质也是我们所熟悉的所有化合物中最复杂的一种。水是最好的溶剂之一，大多数化学物质在水中都具有一定的溶解度。它既是反应介质本身也参与许多化学反应。之所以称它为生命之源，是因为有了水才有了生命，水为自然中各种各样的物质的出现提供了前提，正如地理课本中说的那样：先有大气圈、水圈的出现，才有了后来岩石圈、生物圈及土壤圈的出现。在这颗星球上，各种动物、植物都离不开水，对于人来说，水的意义和价值显得颇为重要。水是人体不可缺少的部分，约占人体重量的70%。肌体内各种化学反应必须在氢离子及电解质浓度较恒定的体液中进行，而体液则是由人体中的水及溶解在其中的酸、碱和盐电离出的离子（电解质）所组成，可分为细胞内液和细胞外液（组织间液及血浆）两部分。水、电解质及酸碱失衡会影响许多器官的功能，尤其是肌肉收缩及神经传导功能。正常肌体水的出入量是平衡的，间脑的口喝中枢调节水的入量，水通过人体食入的各种食物及直接饮水的方式进入体内，其中直接饮水是最重要的方式，而常温下休息时由体表及呼吸蒸发的水分每24小时约为800毫升，肾脏每24小时的排尿量约为1~2升，一般说来，一个健康的成年人每昼夜要2500毫升的水。不过在温度升高，湿度下降或剧烈运动，大量出汗等情况下，人体也会丧失大量水分，所以人体所需的水量并非恒定不变的，水的作用是巨大的，它有助于血液流动，体温调节，营养物质的消化和吸收等的正常进行。由于气候炎热，劳动或运动时大量出汗，人体内的水分和盐分会大量丢失，严重时可引起中暑。此时人体需要通过喝水补充水分，而饮水不当则会引起水中毒或其它疾病，水虽然被喻为“生命之源”，但是在饮水过程中应做到恰到好处，科学合理。

 

饮水

在我们的日常生活中，饮用水的类型有自来水煮沸后的开水和市场销售的可直接饮用的水，如纯净水、矿泉水、蒸馏水等。今天，各种饮料及饮用水的商品广告铺天盖地，充斥着大街小巷。在水资源日益受到污染的今天，这些水商品尽管价格不菲，但还是吸引了众多消费者，有替代传统的饮用白开水习惯的势头。

在人们的印象中饮料、优质矿泉水、纯净水等比起自来水或乡村井水、河湖水等，喝起来让人放心得多，然而，争论也伴随着人们饮水方式的转变而产生。我们时常能听见和看到来自专家们（主要是医学、环境学、化学、生物学、营养学、卫生学等方面的专家）的各种忠告，而结论又时常是矛盾的。于是，对常人来说，在日常生活中又多了一件需要思考和决定的事情——喝什么水，如何喝水。在讨论这个问题前，我们先来看看自来水和纯净是怎么制成的。

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自来水

人们都知道自来水与我们生活密切相系，但它是怎样制得的，却知之甚少，因此在生活中常常不节约用水。现以攀市自来水厂生产工艺为例加以说明，通过对它的了解，相信很多人都会加入到节约用水，保护水源的行列中来。

我们金沙江的水的主要成份有：Ca²⁺+Mg²⁺约40ppm；K⁺+Na⁺约9ppm；HCO₃^-约140ppm；Cl^-约5ppm；SO₄^2-约14ppm；含盐量约200ppm（ppm：百万分之一）。目前江水中所含的主要成份大致分为三类：1.溶解盐类（主要表现水的天然性质，如PH等）；2.固形物（泥沙等）；3.有机物、细菌（天然、污染）。另外，按专业分为四类：感观性状和一般化学指标（颜色、PH等），毒理学指标（重金属、有机物），细菌学指标和放射性指标（另注：影响水PH值的主要成份为HCO₃^-）。PH值达到8.3~8.7，呈碱性，正是由于人类的生产生活中排放出不经净化的污水，严重影响了江水的质量。而在国家标准中规定为PH值6.5~8.5，我们的自来水厂面临着严峻考验。需要引进国外先进净水技术或骋请科技人员改进技术，更新设备，才能确保我们所用的自来水达到标准。现在先让我们来了解一下自来水的制水原理以及制水过程吧！

首先，我们可以用一句话概括自来水的制备原理：通过一定的净化装置，利用水质净化剂或水中悬浮物的重力沉降达到去除固形物并使之达到国家要求的水质标准（GB5749—85）。

我们利用制水流程图并配合一实物照片（见附图）来更形象的认识自来水的制水过程。

 通过上图并结合照片的说明，我们可以一目了然地知道自来水的整个制水过程。然而在看完图表后，也许会有人问道：为什么在自来水厂一般都有两个配水井，四个预沉池，四个虹吸滤池以及那么多的反应池和沉淀池？此问题我们通过自来水厂的工作人员知道：攀市每年耗水量（就炳草岗片区供水情况）约为

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1400多万吨。如此大的耗水量，一般需要多部净水装置一起工作。另外自来水在净化过程中有大量固体物质，比如泥土等，还有些难溶于水的物质，经常留在净化过程的池子中，就有可能堵塞或停止运行。滤出的泥沙等通过管道和输送设备又直接回到江水中去。在净化池中常会留有物质粘贴在池壁中，会影响净水效果。工作人员将定期清理、洗净池子，为了不影响水的供应，其余池子还可继续生产。那么这样会不会影响水量输送的均衡呢？这是不会的。四口虹吸滤池中流出来的自来水流入两根管道进行氯气消毒，最后汇入一根管道输送到送水车间。随时管道中的水都是充满的，即使有两口池子同时停产，另外两口池子的水也可以充满送水管道，这样就不会影响水量的供应了。

我们从照片上可以看到，加入聚合铁装置中有六根一样的聚合铁管，三根为一组。在整个净水过程中有两次加药，加的就是聚合铁。由于水质污染的程度不同，需加药的浓度、药量也不同。工作人员要按一定指标进行定时定量加药。在聚合铁装置室的外面有水质指标仪器，根据它显示的数据为加药定量。

最值得一提的是虹吸滤池的构造。虹吸滤池所接受的水是从反应池和沉淀池中出来的。水在虹吸滤池中要经过四层净化。从无烟煤（吸附杂质）到石英沙（细腻），再到小鹅卵石，最后流过大鹅卵石再排出。排出孔是做在水泥板上的直径约为1厘米的圆形小孔。表面有十字形网面，如图2所示。这样净化出的水

                                                           排水孔（直径约为1cm

                                                          中央是十字形网面）

                                                        水泥板

                图2  虹吸滤池排水孔平面图

就比较干净了。尽管如此我们仍然还是不放心。水中有大量细菌，特别是来自医院的病毒，同样会影响水质状况。这你大可不必担心，在两次加药中，聚合铁溶解在水中成为带正电荷的离子，可以吸附带负电荷的灰尘，以及由于细菌生成的微生物、水藻和悬浮在水中的粒状泥粒等，能使它们全部沉淀并排出净化池。为了保险和科学，水从虹吸滤池出来后还要通过一根细小的管道流入输送的大管道，这根小管道内有氯气。它在水中反应生成次氯酸，如下面方程：

Cl₂+H₂O=HCl+HClO

次氯酸可以杀死在水中的细菌和未能过滤出的微生物及杂质，且具有漂白作用。加入水质净化剂基本上不改变水的化学成份，大部分溶解物不能被去除。净化剂主要是铝盐（AlCl₃）铁盐（FeCl₃）等或者二者的复合物。攀市主要选择铁盐净水，因为铝盐对人的大脑和智力有一定的损害。在此过程中人体生长需要的Ca²⁺和Mg²⁺或一些矿物质也不被去掉，而重金属之类有毒物质已经被除去，对人体不构成伤害。杀菌剂多为氯气或次氯酸钙，所以有时我们打开水龙头会发现水体呈乳白状，这是Ca²⁺的作用。通过“自来水”这节叙述，我们对水有了一定的认识，但只要记住自来水要烧开喝才好。另外还可以在烧开的自来水里放少许茶叶，不但口感好而且茶叶中还含有茶碱，它可以沉淀水中杂质，起到净化水的作用。

自来水是我们日常生活中最紧密的朋友，由于人类社会的影响，我们面临着水资源贫乏的重大难题，携起手起来，从我做起，自觉爱护水资源显得越来越

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重要了。

 

纯净水及其利与弊

人类社会不断发展的整个过程中，对大自然索取得太多太多却没有丝毫回报。人类做出的这一些无非是在对地球、对家园甚至对自己的慢性自杀。正如地球上的淡水资源，可供人们生存发展的饮水资源已经十分贫乏，人类却还在不断地破坏下去。几十年，几百年后我们喝什么水早已成为了人们关注的焦点。由于水资源开发的不够合理、不尽科学，水资源在渐渐减少。为了生存人们又在不断的创新与摸索，寻找净化那些被污染的淡水资源的方法。这就产生了今天人们常见的纯净水。在一些发达城市和地区，饮用纯净水已越来越多地被人们接受。但是由此而引起需要解决的新问题：饮用纯净水到底对人体健康是否有益呢？在回答这个问题以前，我们先来了解一下纯净水的制作过程以及一些有关于纯净水的知识。

随着水污染日益严重，大量的污染物尤其是有机物通过不同的方式进入水体，饮用水水源受到日趋广泛的污染。传统的自来水工艺是以去除水中的悬浮物、浊度、色度为主，对溶解性有机物去除能力相对不足，而且加氯消毒本身还形成了少量“三致物质”（致癌、致畸、致突变），长期直接饮用对身体健康造成潜在威胁。因此，最大可能地去除水中的微量有机污染物，消毒副产物等就是饮用水深度净化的目的。人们开发了许多技术，如生物预处理、高级氧化、活性炭吸附、膜法水处理工艺等对饮用水进行深度处理。下面以怡康纯净水制水过程加以说明。

图3  怡康纯净水生产工艺流程图

 

通过怡康制水工艺图我们可以看到：纯净水的净化可以达到27层，这样的净化过程使用了现在国际上领先的膜分离技术（无机膜和有机膜），其原理是膜的特性让水分子通过，其它杂质因分子体积大而不能通过。主要体现在超滤工艺上。超滤作用对水中有机物（以COD_Mn、UV254表示）和一般污染物（以浊度和色度表示）的去除效果。

一般来说，超滤膜对浊度去除效果较好，但它对水中有机物的去除效率不高，而且变化很大。它的孔径较大，截留分子量较大，对COD_Mn，UV254的去除效率分别在0~49%、20~36%之间，出水的COD_Mn值比较高。在饮用水深度净化上，将超滤膜作为饮用水除浊、去除悬浮物，避免管道的二次污染现象是比较可靠的。超滤出水一般也没有检测出细菌，但是饮用水深度净化的目的是去除传统自来水工艺所不能去除的有机污染物，所以应该以去除有机物的效果来衡量饮用水深度净化工艺的好坏。因此我们认为单纯的超滤工艺尤其是截留分子量比较大的超滤膜是不能作为饮用水深度净化工艺的主体工艺，它必须与高级氧化、吸附等除有机物效果比较好的工艺联合使用，才有可能达到较好的饮用水深度净化效果。

通过观察反渗透对COD_Mn、UV254的去除可知反渗透膜淡水出水COD_Mn在0.5mg/L以下，去除效率在50%以上，出水浊度一般在一度以下，淡水TOC值一般在0.5mg/L以下，反渗透膜淡水出水UV254很多都为负值（比相应的蒸馏水空白水样的紫外线吸收值小，在图中一律以0表示）。反渗透膜的孔径较小，截留分子量在100或100以下。一般小于膜截留分子量的有机物可以较大的截留率被去除，所以出水水质比较稳定，有较好的处理效果。另外，臭氧活性炭联用工艺对有机污染物去除效果较高，效果稳定可靠。臭氧氧化压缩活性炭联用工艺出水水质与渗透膜等基本类似，压缩活性炭对色度、有机物等的去除效果要好于活性炭纤维，压缩活性炭进水先经超滤或臭氧氧化后，其去除有机物的效率有一定的提高。这些都反应出活性炭进水有机物尺寸或分子量大小对活性炭吸附效果的影响。设计合理的臭氧氧化压缩活性炭工艺出水中有机物浓度与反渗透膜出水基本相同，并且臭氧可使水的口感较好。

通过这么多层次的深度净化，水已是相当纯净了。可是，饮用这么纯净的水对人体有利还是有弊呢？很多人认为纯净水太纯净了，以至于对人体有了弊作用，这是十分有道理的。

水在树脂交换或离子交换的过程中，一是通过絮凝剂将中的无机盐沉淀出来，二是用工业盐（主要运用工业盐溶于水获得的钠离子Na⁺）进行离子交换。

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将水中的Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等离子交换出来，并排出废水（每生产一个单位体积的纯水，需消耗四个单位体积的水）；在反渗透膜装置中，经过前三个处理过程的水经过反渗透膜的管道进一步过滤。由于反渗透膜的特有功能，水中粒径约为无机盐粒径1/300的极细微颗粒也将被滤去，从而使水达到纯净的标准。可是，一般水里溶解有各种矿物质和微量元素，特别是最常见的钙镁等元素，是人体必需经常补充的元素，钙大约占人体重量的1.38%，是骨骼和牙齿等的主要成份，而且它对维持心肌的正常收缩、促进血凝等起作重要作用。因此，人在一生中均要不断补充钙元素。镁大约占人体重量的0.04%，其中70%存在于骨骼中，每人每天大约需要0.3~0.5克镁。人体所需的这两种元素一部分就是从饮用水里摄取的。而纯净水是一种不含钙镁离子的极软水，溶解性固体的含量也很低，并且PH值呈弱酸性，对人体很不利，因而也就不能期望人们在饮用纯净水的同时补充钙、镁和吸收有益元素。而且这种软水的任何有害物质的作用均会被放大。软水中少量的有害物质会比硬水中同等量的有害物质对我们的健康产生更有害、更消极的作用。所以可以说，喝纯净水对健康并无多大益处。

 

如何健康饮水

在我们地球上，水主要有海水（又称咸水，不能饮用）、江河湖泊水和地下水（又称淡水，可以饮用）。科学家们通过研究发现，无论是自然流动的江河水，还是刚汲取的地下水（又称井水）或自来水，这些新鲜的活水水分子结构都是呈链状，在流动状态下可维持链状结构不变，使水新鲜。研究表明：新鲜水，尤其是20~25℃的新鲜凉开水，内聚力增大，分子间更加紧密，具有与细胞内分子十分接近的生物活性，容易透过细胞膜进入细胞内，被细胞很快吸收利用。经常饮用新鲜水，体内血液中血红蛋白含量将会增加，可携带更多的氧供给各组织器官，促进机体的新陈代谢。新鲜水可提高体内乳酸活性酶的活性，加快肌肉中的乳酸代谢，防止酸性物质侵蚀细胞，有利于消除疲劳，使人精力充沛，容光焕发。

瓶装纯净水在生产、使用、存储过程中同样可能因发生一次或二次污染而变得不卫生。一次污染可能源于原水，生产环境及生产工艺上的问题；二次污染则可能出在盛水容器，饮用方式或产品有效期上。特别是二次污染，专家们已经指出，不含任何具有保护作用的矿物质的饮用纯净水中，任何有害物质的作用均会被放大，这种水中少量的有害物质会比硬水中同等量的有害物质对我们的健康产生更有害，更消极的作用。当纯净水装入未经彻底杀菌消毒的容器中后，空气中或容器里的有害物质就会进入水中，并在毫无抑制的环境中迅速扩散或繁衍，成为不卫生、不健康的水。我们在采访怡康纯净水时看到：工作人员进入产房以前都要经过地足消毒和风淋室消毒。工人们先要将重复使用的纯净水桶内外用洗涤剂洗涤，再放上流水线，经过水洗、消毒水洗涤，蒸干等等11次高压清洗和消毒。即使是这样，我们也毫无把握灰尘和细菌可能不再浸入。不过从任何意义上讲，我们都不可能喝到一点儿灰尘或细菌都没有的水，只能降低到一定标准。那么我们应该选用怎样的饮用水呢？先来看看下面这种水。

 为了消除当前大众对纯净水“太纯净，无营养”的顾虑，许多纯净水公司又推出了一种叫“矿化水”的饮用水品种。它是在纯净水的基础上，添加人体所需矿物质的矿化液制成的。因此这些常量及微量元素（如钙Ca、镁Mg、锌Zn、锶Sr、锂Li、硒Se、铁Fe、锰Mn、钴Co等）呈离子状态，溶解性好。但是，是不是这种“矿化水”既纯净又营养还很易被人体吸收呢？其实不然，矿化水必

竟不是天然的产品，并且还不易被人体所吸收。如果经常饮用这样的水还极易患胆结石等一些症结，所以它不但不能为人体提供必要能量，反而还对人体有所损伤。因此，不易过多饮用这类水产品。

为满足消费者的需要，市场近几年选择了一种既有营养，又天然的饮用水产品——山泉水、矿泉水。纯净水既无营养又是呈弱酸性的水，对人体是大为不利的，而山泉水和矿泉水的自然水体大部分都呈弱碱性。弱碱性的水可以预防或缓解人体的一些疾病。长期饮用这样的水还有利于调节人体内的酸碱平衡，对人体有一定的益处。在泉水中又出了偏硅酸型的泉水，它对调节人体内的酸碱平衡也有一定作用。因此我们主张人们饮用天然的矿泉水或山泉水。

 

结束语

水，是人类以及一切生物、植物的生命之源。然而，在当今社会，从这生命的源泉中很难再找到没有被污染的部分。想想地球上的一切生命，几十年，几百年以后，我们是否还能饮用到没有被污染的泉水？那么，到那时候我们该喝什么？我们是否还有权利去选择？为了我们的健康，从现在起，从我开始，自觉保护和珍惜水资源才是最重要的。